[发明专利]临界尺寸减小及粗糙度控制

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的形成。

背景技术

在半导体晶片处理过程中，利用熟知的图案形成(patterning) 和蚀刻处理，在晶片中限定半导体器件的特征。在这些处理中，光 刻胶(PR)材料沉积于晶片上，然后曝光于由中间掩模(reticle) 过滤的光。中间掩模通常为玻璃板，其图案化有典型特征几何形状， 该几何形状阻止光穿过中间掩模传播。

当穿过中间掩模后，光接触光刻胶材料的表面。光改变光刻胶 材料的化学组成，从而使显影剂可去除部分光刻胶材料。在正型光 刻胶材料的情形下，曝光区域被去除，而在负型光刻胶材料的情形 下，未曝光区域被去除。然后，蚀刻晶片，以从不再受光刻胶材料 保护的区域去除下层的材料，并由此在晶片上限定期望的特征。

已知有多代光刻胶材料。深紫外(DUV)光刻胶由248nm光 进行曝光。为便于理解，图1A是在基片104上的层108的横截面 示意图，并且图案化的光刻胶层112位于将被蚀刻的层108上的 ARL(防反射层)110上，形成堆(stack)100。光刻胶图案(pattern) 具有临界尺寸(CD)，其可以是最小特征的宽度116。当前，利用 常规的处理方法，对于248nm的光刻胶，该光刻胶的典型CD可 以为230-250nm。因依赖于波长的光学属性，由较长波长光曝光的 光刻胶具有更大的理论最小临界尺寸。

通过光刻胶图案，特征120可被蚀刻，如图1B所示。理想地， 该特征的CD(特征的宽度)等于光刻胶112中特征的CD 116。实 际上，由于磨蚀(faceting)、光刻胶的侵蚀或钻蚀(undercutting)， 特征的CD 116可比光刻胶112的CD大。在特征的CD至少与光刻 胶的CD一样大的情况下，该特征也可被逐渐减小，但是特征逐渐 减小的情况下在该特征底部附近具有较小的宽度。这种逐渐减小可 能会提供不可靠的特征。

为提供具有较小CD的特征，正在寻求一种利用较短波长形成 的特征。193nm的光刻胶由193nm的光进行曝光。利用相移中间 掩模及其它技术，使用193nm的光刻胶，可形成90-100nm CD的 光刻胶图案。这将能够提供具有90-100nm CD的特征。157nm的 光刻胶由157nm的光进行曝光。利用相移中间掩模和其它技术， 可形成亚90nm的CD光刻胶图案。这将可提供具有亚90nm CD 的特征。

相比使用较长的波长的光刻胶，使用较短波长的光刻胶可带来 另外的问题。为获得接近于理论极限的CD，光刻装置应当更加精 密，这需要更加昂贵的光刻设备。目前193nm的光刻胶和157nm 的光刻胶可能不具有像较长波长光刻胶那样高的选择性，并且在等 离子体蚀刻环境中可能更容易变形。

在导电层蚀刻中，例如在存储器件形成中，期望在不降低性能 的情况下增加器件密度。

发明内容

为达到前述和根据本发明的目的，提供了一种用于在蚀刻层中 形成特征的方法。光刻胶层在蚀刻层上形成。光刻胶层被图案化， 以形成带有光刻胶侧壁的光刻胶特征，其中该光刻胶特征具有第一 临界尺寸。控制层在光刻胶层以及光刻胶特征底部上形成。共形层 (conformal layer)沉积在光刻胶特征的侧壁以及控制层上，以减小 光刻胶特征的临界尺寸。利用控制层突破(breakthrough)化学成分， 在控制层中打开开口。利用蚀刻化学成分将特征蚀刻入蚀刻层中， 该蚀刻化学成分不同于控制层突破化学成分，其中蚀刻层特征具有 第二临界尺寸，第二临界尺寸小于第一临界尺寸，并且该控制层比 共形层更加抗蚀该蚀刻化学成分的蚀刻。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于在蚀刻层中形成特征 的方法。晶片被置于蚀刻室中，该晶片带有沉积于图案化的光刻胶 掩模下的蚀刻层，该图案化的光刻胶掩模带有光刻胶特征。控制层 在光刻胶层以及光刻胶特征底部上形成。共形层沉积于光刻胶特征 的侧壁以及控制层上，以减小光刻胶特征的临界尺寸。利用第一蚀 刻化学成分将开口蚀刻入控制层。利用第二蚀刻化学成分将特征蚀 刻入蚀刻层，第二蚀刻化学成分不同于第一蚀刻化学成分，其中蚀 刻层特征具有第二临界尺寸，该第二临界尺寸小于第一临界尺寸， 并且其中控制层比共形层更加抗蚀第二蚀刻化学成分的蚀刻。该光 刻胶掩模被剥除。该晶片被从该蚀刻室移走。